ASML pompt flink wat geld in een nieuwe techniek die chips kleiner en sneller maakt. Intel heeft voor deze chipbelofte een aandeel van 15 procent in het Nederlandse bedrijf genomen. Gisteren deed het Taiwanese TSMC een duit in het zakje en nam een belang van 5 procent. ASML wil maximaal 25 procent van de aandelen verkopen, zodat het bedrijf zelf een meerderheidsbelang behoudt.

Het doel van de kapitaalinjectie is het ontwikkelen van manieren om geavanceerde chips te maken. ASML bouwt de machines die fabrikanten gebruiken om processors te produceren. Het Nederlandse bedrijf doet daarom onderzoek naar technologieën die deze machines in staat stellen efficiëntere computerchips te maken om zo de Wet van Moore intact te houden.

Flinterdunne schakelingen

De Wet van Moore stelt dat elke twee jaar het aantal transistors op een geïntegreerd circuit verdubbelt. Intel-oprichter Gordon Moore poneerde deze stelling bijna vijftig jaar geleden en deze wetmatigheid geldt nog steeds. Omdat de grenzen van wat fysiek haalbaar is steeds wordt opgezocht, moet de chipindustrie zich constant blijven vernieuwen om chips te kunnen blijven verkleinen.

De weg naar nóg kleinere chips is via extreme ultraviolet (EUV). Het productieproces gebruikt lichtgolven om flinterdunne patronen op geïntegreerde circuits aan te brengen. Dit gaat met behulp van een projectielens die een laag met een voorgeprogrammeerd patroon aanbrengt op de onderliggende wafer. Deze techniek wordt begrensd door de golflengte van het licht.

Dunner penseel

"Dit komt ongelooflijk precies", legt ASML-woordvoerder Niclas Mika uit. "De golflengte van het licht is bepalend voor de resolutie. We vergelijken het met schilderen. Als je een dunner penseel gebruikt, kun je kleiner tekenen. Met de huidige ArF-techniek hebben we een grens bereikt van 38 nm. EUV is al sinds 2000 in ontwikkeling en hier boeken we steeds meer vooruitgang mee."

Met EUV wordt de golflengte waarmee patronen worden geprojecteerd nog verder verkleind. Het oorspronkelijke ultraviolet dat ASML gebuikte had een golflengte van 365 nanometer. Met elke generatie werd die golflengte verder teruggebracht. EUV heeft een golflengte van 13,5 nm en kan zo nog fijnere geïntegreerde schakelingen aanbrengen op de wafer.

Efficiënter, goedkoper

EUV biedt echter een hoop uitdagingen. De benodigde fotonen zijn maar moeilijk te produceren. Met een nieuwe techniek wordt plasma gebruikt dat EUV uitstraalt. Met de vorige methode werd via een projectielens een laag op de wafer geschoten, maar de lens zou de EUV-fotonen direct absorberen. ASML gebruikt spiegels van 3 nm dik in een vacuüm om de fotonen naar hun doel te leiden.

Chipfabrikanten gebruiken nu een techniek genaamd Double Patterning om een fijne structuur aan te brengen op het silicium. "Daarbij wordt een chip tweemaal langs de lens gehaald om met twee fijne patronen een nóg kleiner circuit te maken", vertelt Mika. Dit is een duur proces en omdat een beter resultaat met EUV kan worden gehaald zonder Double Patterning te gebruiken, scheelt dit in de productiekosten.

"Je kunt chips maken die meer opleveren met dezelfde productiecapaciteit die bedrijven nu gebruiken", legt Mika uit. De nieuwe generatie chips is goedkoper, energiezuiniger en kleiner. "Dit maakt ze aantrekkelijk voor de mobiele markt", aldus Mika. "Voor mobiele telefoons zijn energiezuinige chips ontzettend belangrijk."

Einde aan Moore?

De eerste van de nieuwe EUV-chipmachines zijn zo goed als klaar en worden dit jaar verscheept. ASML heeft elf bestellingen binnen. Chipfabrikanten gebruiken deze eerste machines om de techniek te leren en het productieproces erop aan te passen. "Het duurt even om dit proces efficiënt te krijgen. Bedrijven zijn een jaar of twee bezig om het proces met de nieuwe machines te stroomlijnen", aldus Mika.

ASML gebruikt het investeerdersgeld om meer onderzoek te doen naar nieuwe toepassingen en betere chipproductiemachines te bouwen. Ook Samsung is geïnteresseerd in een stuk van de geavanceerde EUV-taart. De Zuid-Koreaanse chipmaker investeert flink in de eigen capaciteit, maar loopt een achterstand op in de ontwikkeling ten opzichte van zijn Nederlandse concurrent.

De Wet van Moore zal nog wel even blijven gelden, maar op een gegeven moment wordt de grens bereikt van wat fysiek haalbaar is. "Het einde van de Wet van Moore wordt al vijftig jaar voorspeld", zegt Mika. "Maar steeds als we een grens tegenkwamen, bedacht iemand een manier om toch een stapje verder te kunnen."